DE3142800A1 - Vorrichtung zur automatischen zugabe einer gesteuerten menge an korrosionsinhibitor in das kuehlsystem eines motors - Google Patents

Vorrichtung zur automatischen zugabe einer gesteuerten menge an korrosionsinhibitor in das kuehlsystem eines motors

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DE3142800A1 DE19813142800 DE3142800A DE3142800A1 DE 3142800 A1 DE3142800 A1 DE 3142800A1 DE 19813142800 DE19813142800 DE 19813142800 DE 3142800 A DE3142800 A DE 3142800A DE 3142800 A1 DE3142800 A1 DE 3142800A1
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Description

Motorkühlmittel für Automobile enthalten gewöhnlich eine Lösung aus Äthylenglycol und einem kleinen Prozentsatz von DiHthylenglycol, die in Wasser gelöst sind, so daß ein Gemisch von etwa 50:50 oder niedriger entsteht, je nach dem gewünschten Gefrierpunkt für die Lösung-. Die meisten Firmen, die Äthylenglycol herstellen oder vertreiben, fügen der Lösung einen Korrosionsinhibitor zu, um die Metallkomponenten des Systems, insbesondere den Kühler, zu schützen. Bei diesen Inhibitoren handelt es sich gewöhnlich um eine Mischung aus einem oder mehreren anorganischen Salzen, wie beispielsweise Phosphaten, Boraten, Nitraten, Nitriten, Silikaten oder Arsenaten, und einer organischen Verbindung, wie beispielsweise Benzotriazol, Tolyltriazol oder Mercaptobenzotriazol.Die Lösung wird normalerweise auf einen pH von 8 bis 10 abgepuffert, um die Eisenkorrosion zu reduzieren und die bBi der Oxydation des Äthylenglycols entstehende Glycolsäure zu neutralisieren.
Oa die Anzahl der Automobile, die einer Wartung des Kühlsystems bedürfen, nach zwei Jahren Normalbetriebs auf 50% ansteigt, ist es von entscheidender Bedeutung, daß das Kühlmittelgemisch 50 bis 55% richtig inhibierten Äthylenglycols enthält, um eine Korrosion von herkömmlich ausgebildeten Kupfer-Messing-Kühlern zu verhindern. Mit dem Aufkommen von Aluminiumkühlern, die gegenüber Korrosion anfälliger sind als Kupfer-Messing-Kühler, wird die Verwendung einer richtigen Menge des Korrosionsinhibitors im Kühlmittel noch kritischer. Eine Reduktion des Kühlmittelgemisches auf 33$ Äthylenglycol und 67% Wasser erhöht die Metallkorrosion in signifikanter Weise, und zwar insbesondere bei Kühlsystemen, die für höhere Temperaturen ausgelegt sind, die durch die zunehmenden Emissionskontrollen immer häufiger Verwendung finden.
. 5.
Um Korrosion zu verhindern, muß die Inhibitorkonzentration auf einem richtigen Niveau gehalten werden, damit Korrosionsprobleme vermieden werden können, die dann auftreten, wenn das Kühlmittel durch Leckage oder Ausdampfen verlorengeht oder wenn der Wirkungsgrad des Inhibitors mit zunehmenden Alter absinkt. Um für dieses Problem eine Lösung zu finden, muß die Inhibitorkonzentration exakt gemessen, und es muß zusätzlicher Inhibitor zugesetzt werden, falls dies erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung schlägt eine Vorrichtung vor, mit der diBse Probleme gelöst werden können.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung für die automatische Zugabe eines Korrosionsinhibitors in ein Kühlsystem vorgeschlagen, die eine elektronische Steuerschaltung mit einer SondB oder einem Sensor aufweist, die bzw. der die augenblicklichen - .'Korrosionswerte in einem Motorkühlsystem anzeigt und ein Signal einem Solenoid zuführt, das ein Steuerventil betätigt, das in automatischer Weise eine gesteuerte Menge an Korrosionsinhibitorlösung dem Kühlsystem zuführt.
Die vorliegende Erfindung schlägt desweiteren die Anordnung einer Vorrichtung zur automatischen Zugabe eines Korrosionsinhibitors in das Kühlsystem eines Automobils vor, bei der ein Speicher für den Korrosionsinhibitor an die Leitung angeschlossen ist, die sich zwischen dem Kühler und dem Überlaufspeicher für das Kühlmittel erstreckt. Ein durch eine Feder beaufschlagtes Steuerventil wird durch ein Solenoid betätigt, das unter normalen Bedingungen den Kühler unmittelbar mit dem Überlaufspeicher verbindet. Wenn das Ventil durch Feststellen von übermäßiger Korrosion im Kühlsystem betätigt wird, wird es so verschoben, daß das Strömungsmittel im Überlaufspeicher zum Inhibitorspeicher umgeleitet wird, um Inhibitorlösung in die Leitung an dem Korrosionssensor vorbei zum Überlaufspeicher zu drücken.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur automatischen Zugabe eines Korrosionsinhibitors in ein MotorkühlsystBm vorgeschlagen, bei der ein Speicher für den Korrosionsinhibitor in einer Kühlerumgehungsleitung im Kühlmittelzirkuletionsayatsm zu dem Kühler parallel geschaltet und durch ein elektrisch betätigtes Solenoidventil gesteuert wird. Wenn sich das Solenoidventil aufgrund eines Signales von einem geeigneten Sensor öffnet, wird aufgrund des Druckabfalls infolge des Kühlers Korrosioninhibitorlösung in das Kühlmittel über eine vorgegebene Zeitdauer gedruckt, und die Steuerschaltung gibt dann ein Signal zum Schließen des Solenoidventils ab.
Die vorliegende Erfindung betrifft desweiteren ein neuartiges Steuersystem,bei dem eine Lösungspontential-Sonde Verwendung findet, die ein Ansteigen des Korrosionsvermögens der Kühlmittellösung erfaßt und anzeigt und die ein Signal an die Steuerschaltung abgibt, das das Solenoidventil betätigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft dssweiteren ein neuartiges Steuersystem, bei dem ein Korrosionssensor in Form eines korrosionsfähigen Drahtes Verwendung findet, dessen elektrischer Widerstand sich bei zunehmender Korrosion ändert. Bei einem vorgegebenen Widerstandswert oder bei einem Bruch des Drahtes, so daß ein offener Kreis entsteht, wird ein Signal an die Steuerschaltung zur Betätigung des Solenoid-betätigten Ventils abgegeben, damit eine vorgegebene Menge der Korrosionsinhibitorlösung dem Kühlmittel zugesetzt wird.
Weitere Ziele der Erfindung bestehen in der Schaffung einer Vorrichtung größter Einfachheit, Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit, die sich in einfacher Weise zusammenbauen und betreiben läßt. Diese Ziele, Vorteile und Fähigkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich.
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3142300
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels if¥'Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht sines Kühlers und
ÜberlaufSpeichers des Kühlsystems eines Fahrzeuges, bei dem die Erfindung Verwendung findet;
Figur 2 eine teilweise schamatischs Ansicht ähnlich Figur 1, in der jedoch das Steuerventil in der
Inhibitorzugabeposition dargestellt ist;
Figur 3 eine schematische Ansicht eines Kühlsystems
für ein Fahrzeug mit einer anderen Ausführungsfarm eines Korrosionsinhibitor-Steuersystems;
Figur 4 eine schematische Ansicht eines Kühlsystems eines Fahrzeugs mit einer dritten Ausführungsform eines Korrosionsinhibitor-Steuersysterns;
Figur 5 eine teilweise schematische Ansicht eines Korrosionssensors, der bei den Ausfchrungsformen der Figuren 3 oder 4 Verwendung findet; und
Figur 6 eine teilweise schematische Ansicht einer
anderen Ausführungsform eines Korrosionssensors.
In Figur 1 ist ein Abschnitt des Kühlsystems für ein Automobil dargestellt, das einen Kühler 10 mit einem Einlaß 11 für heißes Kühlmittel aus der Umhüllung des Motors und einem Auslafl 12, der zu einer Kühlmittelpumpe für den Motor führt, eine Druckentlastungs- und Entlüftungskappe 14 auf einem Einfüllhals 13 für den EinlaßtaHk 15 des Kühlers und eine Überlaufleitung 16, die von der Entlüftungskappe zum einem Überlaufspeicher 17 für das Kühlmittel führt, aufweist.
In der Überlaufleitung 16 ist ein federbeaufschlagtes Steuerventil 18 angeordnet, das über ein Solenoid 19 betätigt wird,
V 9*
3.Η2800
das in einer elektrischen Schaltung vorgesehen ist, die einen Verstärker 21 und ein Relais 22 aufweist. Um dem Verstärker ein Signal zuzuführen, ist ein geeigneter Korrosiansdetektor 23 in der Leitung 16 angeordnet, um das Korrosionsverhalten des Kühlmittels zu messen, das durch die Leitung zwischen dem Kühler 10 und dem Überlaufspeicher 17 läuft. Bei einem derartigen Detektor handelt es sich um eine Lösungspontentialsonde, wie sie beispielsweise in der US-PS 4 147 596 beschrieben ist.
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Das Steuerventil 18 weist zwei Positionen auf, wobei. ; die in Figur 1 dargestellte erste Position eine Verbindung oder einen Kanal 24 für den direkten Durchfluß durch die Leitung
16 aufweist, während eine in Figur 2 dargestellte zweite
Position einen ersten Kanal 25, dBr von der KühlersBite der Leitung 16 durch die Leitung 26 zu einem Korrosionsinhibitorspeicher 29 führt, und eine Rückführleitung 27 vom Speicher umfaßt, die an einen zweiten Ventilkanal 28 angeschlossen ist, der zu der ÜberlaufSpeicherseite der Leitung 16 führt.
Der Speicher enthält eine bestimmte Menge an festem Korrosionsinhibitor in der Form von Pellets oder eines Blockes 31 und Korrosionsinhibitorlösung 32, die aus der Auflösung der Pellets oder des Blockes durch Flüssigkeit resultiert, die diesem Speicher zugeführt wird·
Wenn der Zündschlüssel des Fahrzeuges betätigt wird, wird elektrischer Strom dem Verstärker 21, dem Relais 22 und der Sonde 23 zugeführt. Das Steuerventil wird durch eine Feder in eine in Figur 1 dargestellte Durchflußposition gedrückt, um den Kühler 10 in normaler Weise mit dem Überlaufspeicher
17 über die Öffnung 24 zu verbinden. Wenn der Fahrzeugmotor nach
einem Kaltstart warmläuft, wird das Kühlmittel im Kühlmantel des Motors erwärmt und expandiert und strömt vom Kühler 10 an der Korrosionsanzeigesonde 23 in der Leitung 16 vorbei zum Überlaufspeicher 17. Wenn die Sonde im Kühlmittel ein übermäßig großes Korrosionsvermögen ertastet, betätigt ein Signal von der Sonde das Relais 22 über den Verstärker 21, um das Solenoid 19 zu betätigen.
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Das Solenoid verschiebt das Steuerventil 18 gegen die Kraft dar Feder 33 aus der in Figur 1 dargestellten Position in die in Figur 2 gezeigte Position, so daB Kühlmittel in den Inhibitorspeicher 29 eindringt und eine Menge der Inhibitorpellets 31 auflöst, so daß eine bestimmte Menge an Inhibitorlösung 32 durch das Ventil an der Sonde 23 vorbei in den Überlaufspeicher 17 geführt wird. Die die Sonde passierende Inhibitorlösung signalisiert dem Solenoid, das Steuerventil in die Normalposition zurückzuführen und einen weiteren Strom von Inhibitorlösung zur Leitung 16 zu stoppen. Dieser Zyklus setzt sich solange fort, bis der Motor vollständig warmgelaufen ist. Nach dem Abstellen des Motors und Abkühlen desselben wird die Inhibitorlösung von dem Überlaufspeicher 17 wieder in den Kühler zurückgezogen, wo sie Korrosion im Kühler und Motor verhindert. Wenn der Motor das nächste Mal gestartet wird und warmläuft, kann, falls dies erforderlich ist, eine andere Menge an Korrosionsinhibitor zugesetzt werden, wobei der gleiche Zyklus ablaufen kann, bis das Kühlmittel nicht korrodierend geworden ist.
In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform eines Korrosionsinhibitor-Zugabesystems für das Kühlsystem 35 eines Fahrzeuges dargestellt, das einen Motor 36 ader eine andere Wärmequelle mit einem Kühlmantel, eine vom Motor zum Einlaßtank 39 eines Kühlers 3B führende Leitung 37 für heißes Strömungsmittel, und eine vom Auslaßtank 41 zu einer vom Motor betätigten Pumpe 43 führende Leitung 42 für gekühltes Strömungsmittel aufweist, wobei die Pumpe das Kühlmittel durch eine Leitung 44 zum Kühlmantel führt. Ein Einfüllhals 45 auf dem Einlaßverteiler 39 weist eine Druckentlastungskappe 46 auf, und eine Überlaufleitung 47 führt vom Einfüllhals zu einem Überlaufspeicher 48.
Ein Korrosionssensor 49 ist in der Leitung 37 angeordnet und an eine elektrische Schaltung angeschlossen, die einen Verstärker 51, ein Relais 52 und ein Solenoid 53 zur Betätigung eines federbeaufschlagten Steuerventils 54 aufweist. Das
Steuerventil besitzt ein bewegliches Ventilelement mit einer ersten Position mit einer blockierten Öffnung 55 und einer zweiten Position mit einer geöffneten Öffnung 56. Eine Bypass-Leitung 57 erstreckt sich von der Leitung 37 benachbart zum Einlaßtank 39 durch das Steuerventil 54 zu einem Korrosionsinhibitorspeicher 58, der Inhibitorpellets oder Inhibitofblöcke 59 und Inhibitorlösung 61 enthält. Eine Speiseleitung 62 führt vom Speicher 58 zu der Strömungsmittelleitung 42 zwischen dem Auslaßtank 41 und der Pumpe 43. Die Leitungen 57 und 62 und der Speicher 58 bilden einen parallel zum Kühler verlaufenden Strömungsweg.
Bei dieser Ausführungsform ist das Ventil 54 normalerweise durch die Feder 63 geschlossen, wenn das nichtkorrodierende Kühlmittel durch die Strömungsmittelpumpe 43 durch den Kühlmantel des Motors 36, die Leitung 37 am Sensor 49 vorbei und den Kühler 38 und die Leitung 42 umgewälzt wird. Wenn das Kühlmittel korrodierend wird, betätigt ein Signal vom Sensor 49 das Solenoid 53, so daß das Ventil 54 geöffnet wird und ein kleiner Teil des Kühlmittels durch den Korrosionsinhibitorspeicher 58 zirkulieren und Korrosionsinhibitorlösung 61 aufgrund des höheren Druckes am Kühlereingangsverteiler 39 durch die Leitung 62 in die Kühlerausgangsleitung 42 drücken kann. Wenn eine ausreichende Menge des Korrosionsinhibitors umgewälzt worden ist, bewirkt der Sensor 49 ein Schließen des Ventils, und es wird im Normalbetrieb weitergearbeitet.
In Figur 4 ist eine dritte Ausführungsform des Kühlsystems 65 dargestellt, die der der Figur 3 ähnlich ist, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind, die als Zusatz ein a aufweisen. Bei dieser Version schneidet die Leitung 57a die Kühlereingangsleitung 37a an einer Stelle, die von dem Kühlereinlaßtank 39a entfernt ist, und das Steuerventil 54a besitzt ein federbeaufschlagtes, hin- und hergehendes Ventilelement mit zwei geschlossenen Öffnungen 66, 66 und zwei geöffneten Öffnungen 67, 67. Diese Ausführungsform funktioniert im wesentlicher! wie die Aus-
führungsform der Figur 3, mit der Ausnahme, daß bei Betätigung des Ventils 54a die Bypass-Leitung 5?a über eine Öffnung 67 mit dem Inhibitorspeicher 58a verbunden ist, daß die andere Öffnung 67 einen Durchfluß durch die Leitung 62a ermöglicht und daß aufgrund des Druckabfalls infolge des Kühlers oder anderer Öffnungen Korrosionsinhibitorlösung über ein vorgegebenes Zeitintervall in das Kühlmittel abgegeben wird. Danach bewirkt die Steuerschaltung ein Schließen des Ventils 54a.
Figur 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Sensors 49 für die Steuerschaltung, die aus einem Aluminiumdraht 68 besteht, dar bei Korrosion des Drahtes seinen elektrischen Widerstand ändert. Wenn daher das Kühlmittel korrodierend wird, korrodiert der Draht 68, wobei dBr Drahtwiderstand auf einen vorgegebenen Wert ansteigt, so daß die Steuerschaltung ein Signal erhält. Das Signal kann der Steuerschaltung auch dann zugeführt werden, wenn der Draht aufgrund von Korrosion bricht, so daß ein offener Kreis entsteht. Das Ausmaß der Korrosion kann reguliert werden, indem Drähte aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen verwendet werden. Die Korrosion kann darüber hinaus auch in der folgenden Weise eingestellt werdenί 1. Variation der Drahtdicke j 2. Variation des Drahtortes, um die Strömungsmittelgeschwindigkeit oder Temperatur zu ändern; 3. Variation der Drahtform, um Spaltkorrosion, galvanische oder Spannungskorrosion zu erzeugen; und 4. Verwendung von mehreren Drähten.
In Figur 6 ist ein Sensor 49 dargestellt, bei dam mehrere Drähte 69, 70 und 71 Verwendung finden, die eine verschiedenartige Dicke besitzen oder aus unterschiedlichen Legierungen bestehen können, so daß Korrosion an allen Drähten im gleichen Ausmaß stattfindet und bei Brechen des dünnsten Drahtes die Schaltung aktiviert wird. Ein Brechen des zweiten und dritten Drahtes zu einen späteren Zeitpunkt signalisiert der Steuerschaltung wiederum, Korrosionsinhibitormengen abzugeben, wenn dies erforderlich sein sollte.

Claims (12)

Patentansprüche
1. Steuersystem für die automatische Zugabe eines chemischen ' Zusatzes in eine Lösung, die einer Behandlung bedarf, mit einem Umwälzsystem für die die Behandlung bedürfende Lösung und einem in das System eingesetzten Sensor, der mit dem Strömungsmittel in Kontakt steht, um das Niveau des behandelnden chemischen Zusatzes in diesem zu bestimmen und ein Signal abzugeben, wenn das Niveau unter einen vorgegebenen Wert abfällt, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen Speicher (29) für die chemische Behandlungslösung umfaßt, der die feste aufzulösende Chemikalie (31) und chemische Behandlungslösung (32) enthält, ein Steuerventil (I8)t das den Flüssigkeitszustrom in den Speicher steuert, einen Einlaß (26) und einen Auslaß (27) für den Speicher, die mit dem Umwälzsystem in Verbindung stehen, ein Solenoid
(19) zur Betätigung des Ventils und eine elektrische Schaltung (21, 22), die das Signal von dem Sensor empfängt und das Solenoid betätigt.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Sensor (23) um eine Losungspontentialsonde handelt.
3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (49) mindestens ein korrodierbarer Draht (68) ist, dessen elektrischer Widerstand sich ändert, wenn er in dem unbehandelten Strömungsmittel korrodiert.
4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dioerse korrodierbare Drähte (69, 70, 71) parallel zueinander angeordnet sind und unterschiedliche Dicken aufweisen, so daß sie korrodieren und nach unterschiedlichen Zeitspannen zerbrechen.
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5. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei dem Strömungsmittelumwälzsystem um das Kühlsystem (35) für ein Automobil handelt, das einen Kühler (100 oder 38), eine Strömungsmittelpumpe (43), einen Kühlmantel (36) für den Motor und einen Überlaufspeicher (17 oder 48) aufweist, der über eine Überlaufleitung (16 oder 47) mit dem Kühler (38) verbunden ist, und daß es sich bei der behandelnden Chemikalie um einen Korrosionsinhibitor im umgewälzten Kühlmittel handelt.
6. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (23) und das Steuerventil (18) in der Überlaufleitung (16) angeordnet sind und daß sich die Einlaß-(26) und Auslaßleitung (27) für den Speicher (29) durch das Ventil erstrecken·
7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Steuerventil (18) um ein Zweiwegeventil handelt, das einen direkten Durchfluß (24) durch die Leitung in einer Position ermöglicht und in der anderen Position den gesamten Zufluß von der Leitung zum Überlaufspeicher (25) durch den Korrosionsinhibi-irspeicher (29) leitet.
8« Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung einen Verstärker (21) umfaßt, der das Signal von dem Sensor (23) empfängt, und ein Relais (22), das das Signal von dem Verstärker erhält und das Solenoid (19) für das Steuerventil (18) betätigt.
9. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (49) in einer Leitung (37) angeordnet ist, die von dem Kühlmantel (36) zum Kühlereinlaß führt, daß ein Einlaß (57) für den Korrosionsinhibitorspexcher (58) mit der zuerst erwähnten Leitung (37) in der Nähe des Kühlereinlasses in Verbindung steht und sich durch das Steuerventil (54) erstreckt und daß der Speicherauslaß (62) mit der Kühlerauslaßleitung (42) in Verbindung steht.
10. Steuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ss sich bei dem Steuerventil (54) um ein Zweiwegeventil handelt mit einer ersten Position (55), in der der Zufluß durch den Speichereinlaß blockiert wird, und einer zweiten Position (56), in der ein Zufluß durch den Einlaß (57) möglich ist.
11. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (49) in der Kühlereinlaßleitung (37a) angeordnet ist, daß ein Einlaß (57a) für den Korrosionsinhibitorspeicher (58a) mit der Kühlereinlaßleitung (37a) an einem Punkt in Verbindung steht', der mit Abstand oberhalb des Kühlers (38a) angeordnet ist, und daß ein Auslaß (62a) für den Speicher mit der Kühlerauslaßleitung (42a) in Verbindung steht, wobei sich der Speichereinlaß und -auslaß durch das Steuerventil (54a) erstrecken.
12. Steursystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei.dem Steuerventil (54a) um ein Zweiwegeventil handelt, das/einer Position den Speichereinlaß und -auslaß (66) blockiert und das zwBi Öffnungen (67) aufweist, die in der zweiten Position des Ventils einenZufluß in den Speicher (58a) und einen Abfluß aus diesem ermöglichen.
DE19813142800 1980-10-29 1981-10-28 Vorrichtung zur automatischen zugabe einer gesteuerten menge an korrosionsinhibitor in das kuehlsystem eines motors Ceased DE3142800A1 (de)

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